2002年,第48期,类别:智能电子

    本文介绍一款用89C51单片机制作的8位1000MHz频率计。该频率计兼具的晶振测试功能,除了测晶振外,还能测试大多数陶瓷振子、三端陶瓷滤波器、三端晶体滤波器等,可迅速判断上述器件的好坏、稳定性及准确度。本仪器把高频输入插座、8位数码管、直流电源插座全部装在一块7cm×12cm的电路板上,外接+9V直流电源即可工作,小巧实用。
    一、功能及技术指标
    频率测试范围分L、H两挡(见附表),由K1切换。闸门控制时间由K2切换,S为慢速取样,F为快速取样。K3为频率测试A挡和晶振测试B挡选择开关,可配合K1与K2切换使用。
    二、电路原理
    电路如附图所示。频率测试电路的核心逻辑控制由89C51担任,完成计数、二进制数转十六进制数、LED数码管扫描信号及测试信号产生、不同时间闸门定时控制信号产生等功能。CD4513将十六进制数译成BCD码送共阴极数码管段驱动显示。采用动态方式显示,扫描信号由89C51的P24~P26输出,经74LS138译成8位扫描信号,7407驱动数码管的位显示。由于89C51片内计数器只有16位,所以扩展了一片74LS393将计数增至24位,这样89C51可计频率最大值为224=16．777216MHz,显示为10MHz频率时信号分辨率为1Hz。闸门定时控制信号由89C51内部定时产生,由{13}脚输出至IC8的{13}脚进行定时闸门控制计数。
    被测信号放大电路分L挡和H挡。L挡放大电路输入级T3采用绝缘栅型场效应管以提高电路输入阻抗、减轻对被测试电路影响,后两级T4、T5采用简单放大电路。H挡放大电路还包括(10MHz~1000MHz)除以64分频器电路,由IC1完成。其内部包含高频信号放大电路,灵敏度可达100mV。本电路还预留了一级前置放大器,由T1贴片式微波三极管进行放大,可进行加装实验,以提高测试灵敏度。晶振测试电路由IC8的两个与非门组成振荡器,工作频率范围为500kHz~30MHz。经实际测试频率在2MHz~200MHz范围内的晶振(一般大于20MHz的晶振多数为泛音晶振)大多数都能顺利起振,甚至两端455、465、450等标称陶瓷滤波器、三端10．7MHz陶瓷滤波器、三端晶体滤波器中的多数也能顺利起振。对于泛音晶振,本电路显示的是基频值,从中可推算出是几次泛音倍频。因振荡频率范围较宽,无法统一校准晶振频率,所以显示值与标称值有一定偏差。另外振子本身也有一定偏差,所以可测量其一致性或与比较准确的振子进行对照测试。整机工作电流小于200mA。
    三、使用及注意事项
    1．电源电压为直流7．5V~9V(不能超过+12V)。
    2．信号输入端口的交直流电压应小于20V,超过1MHz信号电压应小于1V,10MHz~1000MHz信号最好采用感应法,即用一小段电线(长短视频率而定)或并联一电感(电感圈数由频率或自行实验测试掌握)进行与被测信号感应耦合测试,距离视被测试信号功率大小而定。
    3． 因本仪器无外壳,所以要注意板上焊盘、元器件不能短路。
    4． 晶振测试插座不能作为信号输入或输出端口用,以防止因电平不匹配造成本电路或被测试电路上的元器件损坏。
    5． 不可以将大功率的仪器、发射设备、电器的信号直接送至输入口。需要测量时,应外加相应衰减器,将其衰减至正常测试电平值。
    6． 频率计只适合测试稳定频率,非稳定频率值测试无意义。例如已调制的AM、FM、FSK等信号就不能准确测量。对于调制度小的信号可用快速取样F挡测试,但不一定都能正常测量显示,应根据实验取得大量数据经验再定量测试。
    7． 闸门控制取样时间选择由被测试电路稳定度决定。晶体振荡电路或锁相环电路可选择S挡。RC和LC振荡电路可选择F挡。
    8． 本电路小于10MHz频率的灵敏度是在输入占空比为50％的方波下测定的,对于正弦波、三角波、锯齿波等,灵敏度则相对要降低。
    9． 在测量3MHz以下的晶振时,有可能显示为标称值频率的整倍数,这并不是晶振有问题,只要能稳定显示频率数值,也可判定其好坏。
    10． 测试晶振时,最好去掉输入信号。
    11． 测试晶振时,K1必须切换至L挡,并配合K2使用。测试500kHz~10MHz晶振时,K1切换至L挡、K2切换至S挡。测试大于10MHz晶振时,K1切换至L挡,K2切换至F挡。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　天津  赵明安